核能的发展和利用伴随着核废料的产生,目前国际上公认的处理方法是深地质处置,利用地质体将核废料与生态环境永久隔离。缓冲回填材料膨润土作为核废料容器和地质体之间的填充材料,是保证深地质处置库功能和稳定性的重要因素。实际应用过程中,缓冲材料会经历热-水-力共同作用的过程。非饱和膨润土作为缓冲回填材料在工作的过程当中同时受到核废料衰变过程产生的热量和地下水的浸润,土体内部会发生热量传递、水分迁移和应力增长,该过程涉及多相体和多物理场的变化,为深入研究温度和水力作用下非饱和土中温度、水分和应力的变化规律和过程,本文开展了温度和水力作用下非饱和膨润土热-水-力耦合试验。在非饱和土传热理论、渗流理论和力学模型的基础上,对试验现象和规律进行分析,并结合试验的物理模型,利用有限元计算软件对试验进行验证。主要研究内容和结论包括:（1）针对缓冲回填材料在实际应用过程中所处的物理环境,以及存在施工接缝的情况,自行研制一维非饱和土热-水-力耦合试验装置并开展三种不同工况的试验。该试验装置可以研究土体的传热、渗流、蒸汽迁移、热膨胀、吸湿膨胀等问题,利用传感器实时检测土体内部测点的温度、体积含水率和土压力物理量,将试验结果进行分析,得到非饱和膨润土在试验过程中各物理量随时间的响应规律。（2）利用非饱和土的相关理论和热-水-力耦合模型,采用有限元计算软件对已有的试验进行验证。分析膨润土在给定的边界条件下温度、水分和应力的演化规律,将数值计算结果和试验结果进行对比分析,发现数值计算结果和试验结果取得了一致的规律,验证了模型的可靠性。（3）土体内部的温度传递、水分迁移和应力增长是相互耦合的。热量在土体内部主要以热传导的形式传递,土体内部渗流速度较小,热对流项携带的热量较小,水分迁移包括液态水的迁移和水蒸气的迁移,应力增长包括吸湿膨胀和热膨胀,其中热膨胀对于应力的贡献较小。（4）土体的初始干密度、初始含水率和保温层厚度对于温度、水分和应力的发展过程具有显著影响。热量传递方面,干密度越大,热传导的速度就越快,土体内各点的稳态温度越高,保温层越厚,稳态温度值越高,且提升效果较干密度更为明显。水分迁移方面,干密度越大,液态水和水蒸气的迁移速度越慢,初始含水率越高,水蒸气的迁移量就越多。应力发展方面,干密度越大,土体能达到的最大膨胀力就越大,其值与干密度呈指数关系,膨胀力的发展情况主要受土体内部水分场分布的影响。